专利名称：敞车端墙与端梁外横焊缝自动仰角焊接系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及铁路货车敞车两端的端墙与端梁组对完成后形成的仰角焊缝的焊接问题，尤其涉及一种端墙与端梁外横焊缝自动仰角焊接系统及焊接方法。
背景技术：
一直以来，在整个铁路货车制造行业有关C70A型敞车的制造技术中，端墙与端梁组对完成后形成的长度为2700毫米的仰角焊缝的焊接一直是由手工仰焊方式完成。其具体方法是；首先将组对完成的敞车车体水平放置于焊接工位的台架上，然后由电焊操作工使用C02气体保护焊以仰焊的方式进行手工焊接。为了保证仰角焊缝成型良好，电焊操作工首先应根据工艺要求调整到合适的焊接电流、电压。然后使焊枪与焊缝所在的垂面成 40° -50°的夹角并始终保持焊丝前端与焊缝中心距离为2毫米左右，并且在焊接进行的同时在焊缝的起弧点至收弧点的区间内尽可能的进行速度均勻的横向移动。在整个铁路货车制造行业中，C70A型敞车端墙与端梁的这两条仰角焊缝的焊接一直是由电焊操作工以手工仰焊的方式完成，由于手工仰焊焊接对电焊工的技术水平要求非常高，而且焊接效率低， 劳动强度大。所以该条焊缝的焊接质量极不稳定，并对整车外观质量构成影响。
实用新型内容为了解决背景技术中所存在的技术问题，本实用新型提出了一种端墙与端梁外横焊缝自动仰角焊接系统，以自动焊接代替人工焊接，可以在焊枪角度、焊丝前端与焊缝中心距离、焊缝区间内运动速度等各方面始终保持正确的参数，从而保证仰角焊缝成型良好。本实用新型的技术解决方案是敞车端墙与端梁外横焊缝自动仰角焊接系统，其特殊之处在于所述仰角焊接系统包括焊缝跟踪装置；所述焊缝跟踪装置包括安装支架、 角度调节板、跟踪汽缸、跟踪头、跟踪轮以及焊枪；所述角度调节板与跟踪汽缸连接，所述跟踪汽缸连接跟踪头，跟踪头带动跟踪轮以及设置在跟踪轮上的焊枪；所述角度调节板沿安装支架上下滑动。上述焊接系统还包括焊接运行控制装置以及焊接位置变换装置，焊接位置变换装置通过提升机构与焊缝跟踪装置连接，焊缝跟踪装置可绕转轴旋转，所述焊接运行控制装置与焊接位置变换装置连接。上述焊缝跟踪装置还包括与转轴垂直并与焊接位置变换装置连接的安装支架；跟踪头托板与跟踪头之间设置第一弹簧；跟踪汽缸与安装支架之间设置第二弹簧。上述焊缝跟踪装置的跟踪头和跟踪汽缸之间设置有用于带动跟踪头移动的跟踪头托板以及直线导轨滑块，所述跟踪头设置在直线导轨滑块上。上述焊接位置变换装置包括整机快速移动装置、龙门慢速移动装置以及跟踪转向装置，所述整机快速移动装置包括可编程终端、可编程序控制器、变频器以及快速移动电机，快速移动电机驱动蜗轮蜗杆减速机和链轮链条副驱动车轮转动；所述龙门慢速移动装置包括可编程终端、可编程序控制器、变频器以及龙门移动电机，所述龙门移动电机连接锥齿轮，锥齿轮带动丝杠旋转，所述丝杠带动自动仰角焊接系统移动；所述跟踪转向装置包括可编程终端、可编程序控制器、变频器以及蜗杆传动电机，跟踪转向装置通过提升装置与焊缝跟踪装置连接。所述焊接运行控制装置包括可编程终端、可编程序控制器、变频器、交流伺服驱动器以及交流伺服电动机；所述交流伺服电动机的转动经齿轮齿条副的传动后带动拖板直线运动；所述拖板上设置跟踪转向装置、提升装置、焊接运行控制装置、焊缝跟踪装置。本实用新型的优点是1)本实用新型的端墙与端梁外横焊缝自动仰角焊接系统通过机械式的整体系统可以在焊枪角度、焊丝前端与焊缝中心距离、焊缝区间内运动速度等各方面始终保持正确的参数，从而保证仰角焊缝成型良好，系统自动完成跟踪和定位等一系列工作，使焊接质量摆脱对电焊操作工技术水平和其他个人因素的依赖。2)按照设定参数每分钟可焊接800毫米，且焊缝均勻、成型良好。而普通电焊操作工用仰焊方式每分钟可焊接400毫米左右，且焊缝不均勻，成型差。本实用新型的生产效率比人工焊接提高了 1倍，焊缝合格率几乎达到100%。3)本实用新型提出的焊接位置变换系统是通过自动焊接装置本身各机构的相互配合运动完成焊接位置的变换，亦可通过增加辅助工装或改变工艺流程使工件完成焊接位置变换的方法来代替本实用新型方案中的焊接位置变换方法，形式灵活。4)控制装置采用开环控制。开环控制方式具有系统稳定性好、响应及时的特点，其运行精度可高达0.01毫米。因此能够满足沿焊缝X轴方向按设定焊接速度和点位坐标进行精确运动的要求。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型焊接位置变换装置的结构框图；图3是本实用新型焊缝跟踪装置的结构示意具体实施方式
参见图1、图2，本实用新型的端墙与端梁外横焊缝自动仰角焊接系统包括焊接位置变换装置1、焊缝跟踪装置2以及焊接运行控制装置3，焊接位置变换装置1包括整机快速移动装置10、龙门慢速移动装置11和跟踪转向装置12。整机快速移动装置10的整机快速移动电机102旋转运动经过蜗轮蜗杆减速机103和链轮链条副104的传动后带动车轮转动，自动仰角焊接系统整机进行快速移动，并在到达设定位置后立即停止运动；龙门慢速移动装置11的龙门移动电机112的旋转运动经过锥齿轮113传动后带动丝杠114旋转，旋转的丝杠带动自动仰角焊接系统的龙门13缓慢的从整机的一端移动到另一端，当龙门13到达设定的位置后立即停止运动；跟踪转向装置12的蜗杆传动电机121的旋转运动经过蜗杆蜗轮副122的传动后带动焊缝跟踪装置2绕Z轴进行旋转运动，当旋转角度达到180°时立即停止转动。整机快速移动装置10、龙门慢速移动装置11和跟踪转向装置12均是由触摸式可编程终端、可编程序控制器、变频器控制运行。跟踪转向装置12运行时，首先由触摸式可编程终端、可编程序控制器控制提升装置14将焊缝跟踪装置2提升到顶端，再绕Z轴
4进行旋转的。通过整机快速移动装置10、龙门慢速移动装置11和跟踪转向装置12三部分的配合运动，本实用新型的焊接位置变换装置1可依据操作人员的命令方便的在C70A敞车两端进行焊接位置的变换。焊接运行控制装置3由触摸式可编程终端、可编程序控制器、交流伺服驱动器控制交流伺服电动机31按设定的坐标和速度进行精确转动。交流伺服电动机31的转动经齿轮齿条副32的传动后带动拖板33及其上安装的各部件一起沿X轴方向进行精确的直线运动。进行焊接作业时，当X轴坐标与设定的焊接起弧点坐标相同时焊接开始；当X轴坐标与设定的焊接收弧点坐标相同时焊接结束。参见图3，焊缝跟踪装置2采用机械式跟踪装置，机械式跟踪装置通过转轴20和安装支架21相连并且焊缝跟踪装置2可绕转轴20旋转。当向上滑动角度调节板22时，焊缝跟踪装置2与水平面的初始夹角增大；当向下滑动角度调节板22时，焊缝跟踪装置2与水平面的初始夹角减小。可通过调节焊缝跟踪装置2与水平面的初始夹角的大小来控制跟踪轮27的初始高度和初始伸出距离。跟踪汽缸23与跟踪头托板24相连，当跟踪汽缸23伸出时可同时带动跟踪头托板24及其上安装的直线导轨滑块25、跟踪头26 —起伸出。跟踪头 26通过直线导轨滑块25与跟踪头托板24相连，在跟踪头26上安装有跟踪轮27、焊枪28、 焊枪调节器29。第一弹簧210安装在跟踪头26和跟踪头托板24之间，第二弹簧211连接安装支架21和跟踪汽缸23。在焊接过程中，首先利用焊接位置变换装置1的整机快速移动装置10运行到达工件附近设定点。然后利用焊接位置变换装置1的龙门慢速移动装置11使焊缝跟踪装置2 精确运行到距仰角焊缝设定距离处。跟踪汽缸23伸出时跟踪头26、跟踪轮27和焊枪28会一起伸出。由于跟踪汽缸23伸出距离大于跟踪轮27与工件之间的距离，在跟踪汽缸23还未完全伸出时跟踪轮27已碰到工件的垂直表面。由于跟踪轮27受到工件的作用力，焊缝跟踪装置2绕转轴20逆时针转动，第二弹簧211拉伸使跟踪轮27贴紧工件表面。跟踪汽缸23推动跟踪轮27继续沿工件表面滑动，直到跟踪轮27外缘抵达仰角焊缝位置时，仰角焊缝沿跟踪轮径向对跟踪轮27施加反作用力，该反作用力通过跟踪轮27作用到跟踪头26 上并使第一弹簧210预压缩。当本实用新型的自动焊接装置沿X轴方向进行焊接运动时， 跟踪轮27在第一弹簧210和第二弹簧211的作用下始终紧贴工件表面并抵住焊缝。当焊缝在Y轴或Z轴方向有偏移时，第一弹簧210自动进行相应压缩或放松，使跟踪头26缩回或弹出，从而及时补偿了 Y轴或Z轴方向的偏移量，保证了焊枪28的焊丝前端与焊缝中心始终保持恒定的距离。
权利要求1.敞车端墙与端梁外横焊缝自动仰角焊接系统，其特征在于所述仰角焊接系统包括焊缝跟踪装置；所述焊缝跟踪装置包括安装支架、角度调节板、跟踪汽缸、跟踪头、跟踪轮以及焊枪；所述角度调节板与跟踪汽缸连接，所述跟踪汽缸连接跟踪头，跟踪头带动跟踪轮以及设置在跟踪轮上的焊枪；所述角度调节板沿安装支架上下滑动。
2.根据权利要求1所述的敞车端墙与端梁外横焊缝自动仰角焊接系统，其特征在于 所述焊接系统还包括焊接运行控制装置以及焊接位置变换装置，焊接位置变换装置通过提升机构与焊缝跟踪装置连接，焊缝跟踪装置可绕转轴旋转，所述焊接运行控制装置与焊接位置变换装置连接。
3.根据权利要求2所述的敞车端墙与端梁外横焊缝自动仰角焊接系统，其特征在于 所述焊缝跟踪装置还包括与转轴垂直并与焊接位置变换装置连接的安装支架；跟踪头与跟踪头托板之间设置第一弹簧；跟踪汽缸与安装支架之间设置第二弹簧。
4.根据权利要求3所述的敞车端墙与端梁外横焊缝自动仰角焊接系统，其特征在于 所述焊缝跟踪装置的跟踪头和跟踪汽缸之间设置有用于带动跟踪头移动的跟踪头托板以及直线导轨滑块，所述跟踪头设置在直线导轨滑块上。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的敞车端墙与端梁外横焊缝自动仰角焊接系统， 其特征在于所述焊接位置变换装置包括整机快速移动装置、龙门慢速移动装置以及跟踪转向装置，所述整机快速移动装置包括可编程终端、可编程序控制器、变频器以及快速移动电机，快速移动电机驱动蜗轮蜗杆减速机和链轮链条副驱动车轮转动；所述龙门慢速移动装置包括可编程终端、可编程序控制器、变频器以及龙门移动电机，所述龙门移动电机连接锥齿轮，锥齿轮带动丝杠旋转，所述丝杠带动自动仰角焊接系统移动；所述跟踪转向装置包括可编程终端、可编程序控制器、变频器及蜗杆传动电机，跟踪转向装置通过提升装置与焊缝跟踪装置连接。
6.根据权利要求5所述的敞车端墙与端梁外横焊缝自动仰角焊接系统，其特征在于 所述焊接运行控制装置包括可编程终端、可编程序控制器、变频器、交流伺服驱动器以及交流伺服电动机；所述交流伺服电动机的转动经齿轮齿条副的传动后带动拖板直线运动； 所述拖板上设置跟踪转向装置、提升装置、焊接运行控制装置、焊缝跟踪装置。
专利摘要本实用新型提出了一种敞车端墙与端梁外横焊缝自动仰角焊接系统，包括焊缝跟踪装置；焊缝跟踪装置包括安装支架、角度调节板、跟踪汽缸、跟踪头、跟踪轮以及焊枪；角度调节板与安装支架连接，跟踪汽缸连接跟踪头，跟踪头带动跟踪轮以及设置在跟踪轮上的焊枪；角度调节板沿安装支架上下滑动。本实用新型的端墙与端梁外横焊缝自动仰角焊接系统，以自动焊接代替人工焊接，可以在焊枪角度、焊丝前端与焊缝中心距离、焊缝区间内运动速度等各方面始终保持正确的参数，从而保证仰角焊缝成型良好。
文档编号B23K9/12GK202240082SQ201120153250
公开日2012年5月30日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者张平利, 李震 申请人:西安轨道交通装备有限责任公司